(57)【要約】【課題】指向性の向上とサイズの小型化との両立を図ることのできる音響センサを提供する。【解決手段】音響センサを、上壁面に音響孔３３の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに音響孔３３を通じて入射された音波を感知するセンシング部１０を各備える複数のマイクロフォンセルＭＣが配列されたアレイ構造を有して形成する。そして音響孔３３の形成される各マイクロフォンセルＭＣのパッケージの上壁面を、マイクロフォンセルＭＣの配列の行方向および列方向にその行数および列数と同数ずつに区分けして、マイクロフォンセルＭＣの個数と同数のより細かいセル分割したときに、配列のｍ行目およびｎ列目に位置されるマイクロフォンセルＭＣでは、その分割されたセルのｍ行目およびｎ列目に音響孔３３を形成するようにした。【選択図】図１
2007124452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサにおいて、
前記マイクロフォンセルの配列ピッチよりも前記音響孔の形成ピッチが大きくなるように、前記パッケージの上壁面における前記音響孔の形成位置が該当マイクロフォンセルの配列位置に応じて変化されてなる
ことを特徴とする音響センサ。
【請求項２】
上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサにおいて、
前記マイクロフォンセルの配列中心から離間する側に前記パッケージの上壁面における前記音響孔の形成位置が偏倚されるとともに、前記配列中心から離間した位置に位置されるマイクロフォンセルほどその偏倚量が大きくされてなる
ことを特徴とする音響センサ。
【請求項３】
上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサにおいて、
前記マイクロフォンセルの配列された領域を第１〜第４象限に分割したときにそのマイクロフォンセルが含まれる象限と、そのマイクロフォンセルの前記パッケージの上壁面を同じく第１〜第４象限に分割したときに当該マイクロフォンセルの音響孔が位置される象限とが同一となるように、前記マイクロフォンセルの配列位置に応じて前記音響孔の形成位置が変化されてなる
ことを特徴とする音響センサ。
【請求項４】
上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える（Ｍ×Ｎ）個のマイクロフォンセルがＭ行およびＮ列に配列されたアレイ構造の音響センサにおいて、
各マイクロフォンセルの前記パッケージの上壁面を、前記マイクロフォンセルの配列の行方向および列方向にＭ行およびＮ列の（Ｍ×Ｎ）個のセルに分割したときに、前記配列のｍ行目およびｎ列目に位置されるマイクロフォンセルでは、前記分割されたセルのｍ行目およびｎ列目に前記音響孔が形成されてなる
ことを特徴とする音響センサ。
【請求項５】
前記各マイクロフォンセルにおける前記音響孔と前記センシング部との距離は、すべてのマイクロフォンセルについて同一とされてなる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の音響センサ。
【請求項６】
前記センシング部は、半導体基板上に形成されて前記音響孔を通じて入射される音波により振動される振動電極と、その振動電極に対向するように前記半導体基板に固定して配置された固定電極とからなる対向電極を有して構成されてなる
請求項１〜５のいずれか１項に記載の音響センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
スポーツ中継など、野外での遠隔収音に用いられる音響センサには、高Ｓ／Ｎ比の確保や拡声装置のハウリング防止などのため、鋭い指向性が必要とされる。そうした鋭い指向性を有する音響センサとしては、例えば特許文献１に記載のようなアレイ音響センサが知られている。こうしたアレイ音響センサは、音波を感知するセンシング部を個々に備える複数のマイクロフォンセルを平面上に配列した構造とされており、音波の入射角度に応じた各マイクロフォンセルの出力信号の位相差を利用して所望とする鋭い指向性を得るようにしている。
【０００３】
一方、近年には、半導体の微細加工技術を応用して半導体基板に機械部品（可動部品）と電気部品とを形成するＭＥＭＳ（微細電気機械システム：Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍ）技術を利用して、マイクロフォンセルのセンシング部の微細化が進められている。そして従来、特許文献２に見られるように、そうしたＭＥＭＳ技術により形成されたセンシング部を採用する半導体型アレイ音響センサが知られている。
【０００４】
図６に、従来の半導体型アレイ音響センサの一例についてそのマイクロフォンセルのセンシング部１０の側部断面構造を示す。同図６に示すように、このマイクロフォンセルのセンシング部１０は、固定電極１１および振動電極１２からなる２枚の平板電極を備えて構成されている。このうち、振動電極１２は、Ｓｉ（シリコン）等の半導体基板２０の表面に形成されており、その後背には、半導体基板２０を貫通する貫通孔２１が形成されている。これにより、振動電極１２は、その平板中央部が周囲から遊離した状態とされている。一方、固定電極１１は、半導体基板２０の表面から上方に突出形成された支持部１８ａによって、振動電極１２の表面から上方に離間した位置に支持されている。これにより、固定電極１１および振動電極１２は、一定の間隔をおいて対向して配置され、それらによってコンデンサが形成される。
【０００５】
図７にセンシング部１０の平面構造を示すように、これら固定電極１１および振動電極１２には、半導体基板２０上に形成された配線１４および１５がそれぞれ接続されている。配線１４および１５は、同じく半導体基板２０上に形成された電極パッド４１および４２にそれぞれ接続されている。そして固定電極１１および振動電極１２は、これら電極パッド４１および４２を介して外部との電気接続がなされるようになっている。
【０００６】
このように構成されたセンシング部１０では、音波の入射により振動電極１２が振動すると、固定電極１１と振動電極１２との間の距離が変化して、それらにより構成されるコンデンサの静電容量が変化する。そして、こうしたセンシング部１０を備えるマイクロフォンセルは、上記のような静電容量の変化に応じた両電極パッド４１および４２間の電圧変化を出力信号として出力する静電容量感知型のマイクロフォンとして構成されている。
【特許文献１】特開平７−１３１８８６号公報
【特許文献２】特開２００２−１５２８７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のようなアレイ音響センサは、ＭＥＭＳ技術の進展によってそのサイズの更なる小型化が可能となったことから、デジタルムービーカメラやカーナビゲーションシステムへの搭載といった新たな用途への展開も期待されている。一方、そうした用途への採用には、より一層の指向性の向上が必要とされてもいる。
【０００８】
ところが、上記のようなアレイ音響センサにおいて高い指向性を得るには、マイクロフォンセルの配列ピッチを大きくして、各マイクロフォンセルの出力信号の位相差を拡大する必要がある。そのため、高い指向性が必要とされる場合には、たとえ個々のマイクロフォンセルの微細化が可能であっても、各マイクロフォンセルをある程度の広いピッチで配列しなければならず、音響センサ全体のサイズを十分に小型化することは困難となっている。
【０００９】
この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、指向性の向上とサイズの小型化との両立を図ることのできる音響センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサとして、前記マイクロフォンセルの配列ピッチよりも前記音響孔の形成ピッチが大きくなるように、前記パッケージの上壁面における前記音響孔の形成位置が該当マイクロフォンセルの配列位置に応じて変化されることをその要旨とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサとして、前記マイクロフォンセルの配列中心から離間する側に前記パッケージの上壁面における前記音響孔の形成位置が偏倚されるとともに、前記配列中心から離間した位置に位置されるマイクロフォンセルほどその偏倚量が大きくされることをその要旨とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える複数のマイクロフォンセルが配列されたアレイ構造の音響センサとして、前記マイクロフォンセルの配列された領域を第１〜第４象限に分割したときにそのマイクロフォンセルが含まれる象限と、そのマイクロフォンセルの前記パッケージの上壁面を同じく第１〜第４象限に分割したときに当該マイクロフォンセルの音響孔が位置される象限とが同一となるように、前記マイクロフォンセルの配列位置に応じて前記音響孔の形成位置が変化されることをその要旨とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、上壁面に音響孔の形成された箱状のパッケージ内に収容されるとともに前記音響孔を通じて入射された音波を感知するセンシング部を各備える（Ｍ×Ｎ）個のマイクロフォンセルがＭ行およびＮ列に配列されたアレイ構造の音響センサとして、各マイクロフォンセルの前記パッケージの上壁面を、前記マイクロフォンセルの配列の行方向および列方向にＭ行およびＮ列の（Ｍ×Ｎ）個のセルに分割したときに、前記配列のｍ行目およびｎ列目に位置されるマイクロフォンセルでは、前記分割されたセルのｍ行目およびｎ列目に前記音響孔が形成されることをその要旨とする。
【００１４】
上記各構成によれば、音響孔の形成ピッチを大きくして各マイクロフォンセルのセンシング部に入射される音波の音路差を大きくしながらも、マイクロフォンセルの配列ピッチは比較的小さく留めることができる。
【００１５】
また、請求項５に記載の発明は、上記請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、前記各マイクロフォンセルにおける前記音響孔と前記センシング部との距離は、すべてのマイクロフォンセルについて同一とされることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成によれば、各マイクロフォンセルにおける音響孔からセンシング部までの音路長がすべて等しくなるため、各マイクロフォンセルの出力特性の均一性を好適に確保することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、上記請求項１〜５のいずれかに記載の発明において、前記センシング部は、半導体基板上に形成されて前記音響孔を通じて入射される音波により振動される振動電極と、その振動電極に対向するように前記半導体基板に固定して配置された固定電極とからなる対向電極を有して構成されることをその要旨とする。
【００１８】
上記構成によれば、半導体製造技術を用いてセンシング部を形成することが可能となるため、低コストでばらつきの少ないマイクロフォンセルを一括で作製することができるようになる。すなわち、上記各マイクロフォンセルの感度ばらつきを小さくすることで、上記各マイクロフォンセルで検出される信号レベルのばらつきが低減されるようになり、より良好な指向特性の実現を図ることができるようになる。
【発明の効果】
【００１９】
この発明によれば、アレイ構造を有する音響センサの指向性の向上とサイズの小型化との両立を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、この発明にかかる音響センサの一実施の形態について図１〜図４を参照して説明する。なお、先の従来技術に示した音響センサの各要素と機能的に同一の要素については、便宜上、それぞれ同一の符号を付して示すこととする。
【００２１】
図１は、音波を感知するセンシング部を個々に備える複数のマイクロフォンセルを半導体基板上に配列したアレイ構造を有する半導体型の音響センサ、すなわち半導体型アレイ音響センサとして本発明を具現化した、この実施の形態にかかる音響センサの平面断面構造を模式的に示したものである。また、図２は図１のＸ−Ｙ線に沿った同音響センサの断面構造を模式的に示したものである。
【００２２】
まず図１に示されるように、この実施の形態にかかる音響センサにおいて上記マイクロフォンセルの配列が形成される半導体基板２０は、Ｓｉ（シリコン）等からなるとともに、その上表面は大きくは、複数のマイクロフォンセルＭＣが配列されたマイクロフォン・アレイ領域と、ボンディングパッドＢＤが形成された周辺領域とに区分けされている。なお周辺領域に形成されたボンディングパッドＢＤは、各マイクロフォンセルＭＣのＩＣ回路１３にそれぞれ電気接続されており、音響センサを回路基板に設置した際に、回路基板上に形成された配線にＩＣ回路１３を電気接続するために用いられる。ちなみに、こうした半導体基板２０の周辺領域には、後述する音声信号処理回路やコンデンサ・抵抗のような受動素子等を併せ形成するようにしても良い。
【００２３】
この実施の形態にかかる音響センサの上記マイクロフォン・アレイ領域には、４行および４列に配列された合計１６個のマイクロフォンセルＭＣが形成されている。各マイクロ
フォンセルＭＣには、音波を感知するセンシング部１０が、そのセンシング部１０に出入力される電気信号を制御するＩＣ回路１３とともに半導体基板２０の上表面にそれぞれ形成されている。
【００２４】
図２に示されるように、各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０は、固定電極１１および振動電極１２からなる２枚の平板電極を備えて構成されている。例えばポリシリコンによって形成されたこれら固定電極１１および振動電極１２は、キャパシタとなる対向電極として構成されている。このうち、振動電極１２は、上記半導体基板２０の上表面に形成されており、その後背には、半導体基板２０を貫通する貫通孔２１が形成されている。こうした振動電極１２および貫通孔２１の周囲には、ＳｉＮ（窒化シリコン）からなる支持部１８ａが半導体基板２０から上方に突出形成されており、その上端には同じくＳｉＮからなる円盤状の固定部１８が、一定の距離をおいて振動電極１２と対向するように支持されている。そして上記固定電極１１は、その下面に形成される上記振動電極１２に比して十分に厚く、高剛性に形成されている。これにより、上記固定電極１１および振動電極１２の間には、間隙（エアギャップ）層１９が形成されることとなる。またこれら固定電極１１および振動電極１２は、それらの周縁部のみが固定され、且つそれらの中心部は周囲の構造から遊離した状態で配設されるようになる。なお、固定電極１１には、上記エアギャップからの空気抜きを行うための複数の音響ホール１７が形成されている。
【００２５】
こうしたセンシング部１０がマイクロフォンセルＭＣ毎に形成された上記マイクロフォン・アレイ領域の半導体基板２０の上表面には、カバー３０が貼着されている。カバー３０には、各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０の上方を覆う上部壁３１と、隣接するマイクロフォンセルＭＣを分離してそれらの音の干渉を防止する分離壁３２とが形成されている。こうしたカバー３０の上部壁３１には、該カバー３０の内外を連通する音響孔３３が、各マイクロフォンセルＭＣの上方にそれぞれ形成されている。これにより、各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０は、上記半導体基板２０、カバー３０の上部壁３１およびその分離壁３２によって構成された箱状のパッケージ内にそれぞれ個別に収容されるようになっている。なおカバー３０の上部壁３１の上面には、布等からなる遮光膜３４が貼り付けられており、音響孔３３を通じた外部からの上記パッケージ内部への光の入射が遮られるとともに、ゴミや唾を遮断する役割を有する。
【００２６】
ところで図１には、上部壁３１（図２参照）における各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置が中実円にて併せ示されている。同図から明らかなように、この実施の形態にかかる音響センサでは、各マイクロフォンセルＭＣのパッケージの上壁面である上部壁３１に形成される音響孔３３の形成位置が、各マイクロフォンセルＭＣの配列位置毎に異ならされている。具体的には、各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置は、以下の態様で設定されている。
【００２７】
ここで配列のｉ行目およびｊ列目に位置するマイクロフォンセルを「ＭＣ（ｉ，ｊ）」と表すこととする。また個々のマイクロフォンセルＭＣの上記パッケージの上壁面をマイクロフォンセルＭＣの配列の行数および列数でその行方向および列方向により細かいセルに分割したとき、そのｋ行目およびｌ列目に位置するセルを「ｍｃ（ｋ，ｌ）」と表すこととする。このとき、例えば配列の１行目および１列目に位置するマイクロフォンセルは「ＭＣ（１，１）」と表され、上記分割したセルの２行目および３列目は「ｍｃ（２，３）」と表されることになる。
【００２８】
このとき、この実施の形態の音響センサでは、配列のｍ行目およびｎ列目に位置されるマイクロフォンセルＭＣ（ｍ，ｎ）では、上記分割において同じくｍ行目およびｎ列目に位置するセルｍｃ（ｍ，ｎ）に対応する位置に音響孔３３を形成するようにしている。例えば図３には、配列の２行目および３列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（２，３）
における音響孔３３の形成態様が示されている。同図に示すように、このマイクロフォンセルＭＣ（２，３）では、そのパッケージの上壁面を、４行および４列に配列された合計１６個のセルに分割したときの２行目および３列目に位置するセルｍｃ（２，３）内に音響孔３３が形成されている。
【００２９】
このように各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３を形成したときの各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置の設定態様は、以下のように説明することもできる。ここでは、マイクロフォンセルＭＣの配列中心Ｏを座標原点とし、それぞれマイクロフォンセルＭＣの配列の行方向および列方向を各座標軸の方向とした直交座標系Ｓを想定して、マイクロフォンセルＭＣの配列位置を表すこととする。また上記配列平面における各マイクロフォンセルＭＣの中心位置ｏを座標原点とし、それぞれマイクロフォンセル配列の行方向および列方向を各座標軸の方向とした直交座標系ｓを想定して、音響孔３３の形成位置を表すこととする。
【００３０】
ここでマイクロフォン・アレイ領域を上記直交座標系Ｓの第１〜第４象限に分割するとともに、個々のマイクロフォンセルＭＣのパッケージの上壁面を上記直交座標系ｓの第１〜第４象限に分割するとする。このとき、この実施の形態の音響センサでは、上記直交座標系Ｓの第ｋ象限に位置するマイクロフォンセルＭＣでは、上記直交座標系ｓの同じく第ｋ象限に位置するように音響孔３３が形成される。例えば先の図３に示されたマイクロフォンセルＭＣ（２，３）は、上記直交座標系Ｓの第４象限に位置されることから、その音響孔３３は、上記直交座標系ｓの同じく第４象限に当たる位置に形成されることとなる。
【００３１】
このように各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置を設定したこの実施の形態の音響センサでは、各音響孔３３はそのマイクロフォンセルＭＣの中心位置ｏに対して、マイクロフォンセルＭＣの配列中心Ｏから離間する側に偏倚した位置に形成されるようになる。そして、上記配列中心Ｏから離間して配列されるマイクロフォンセルＭＣほどその偏倚量が大きくされている。例えば各マイクロフォンセルＭＣにおいて、配列の最外周に位置するマイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置は、配列中心Ｏ周辺に位置するマイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置よりも、外周側に偏倚した位置に形成されている。その結果、この実施の形態の音響センサでは、各マイクロフォンセルＭＣに形成される音響孔３３の形成ピッチｐｈは、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍよりも１．２５倍程度に大きくされている。
【００３２】
さらにこの実施の形態の音響センサでは、各マイクロフォンセルＭＣにおける音響孔３３とセンシング部１０との中心位置間の上記配列平面における距離Ｌを、いずれのマイクロフォンセルＭＣについても等しくして、音響孔３３からセンシング部１０までの音波（平面波）の音路長をすべてのマイクロフォンセルＭＣで一律としている。
【００３３】
またこの実施の形態の音響センサでは、センシング部１０の半径と音響孔３３の半径とを加算した長さよりも、それらの上記中心位置間の距離Ｌが長くされている。そしてこれにより、センシング部１０と音響孔３３とを、上記配列平面においてオーバーラップしない位置にそれぞれ配置している。
【００３４】
以上のように構成された音響センサでは、外部の音源の発生した音波は、各マイクロフォンセルＭＣにおいて各々の音響孔３３を通じて各自のセンシング部１０にそれぞれ入射されるようになる。そしてその音波の入射により、各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０の振動電極１２が振動すると、固定電極１１と振動電極１２との間の距離が変化して、これら固定電極１１および振動電極１２により構成されるコンデンサの静電容量が変化する。そして各マイクロフォンセルＭＣのＩＣ回路１３は、該当セルの上記固定電極１１および振動電極１２、すなわちセンシング部１０で感知された静電容量の変化に応じ
た電圧変化を出力信号として外部に出力する。
【００３５】
このとき、音源から音響孔３３までの距離の違いにより、振動電極１２への音波の到達時間は、マイクロフォンセルＭＣ毎に差が生じることになる。この到達時間の差は、音波の入射角度によって変化するため、各マイクロフォンセルＭＣから出力される出力信号には、音波の入射角度に応じた位相差が表れることになる。具体的には各マイクロフォンセルＭＣの出力信号の位相差は、各マイクロフォンセルＭＣの配列平面の法線方向に対する音波の入射方向の傾きが小さいときには小さくなり、上記傾きが大きいときには大きくなる。
【００３６】
こうした音波の入射角度に応じた位相差を持った各マイクロフォンセルＭＣの出力信号はそれぞれ、音響センサの外部に設けられた音声信号処理回路に入力される。音声信号処理回路は、各マイクロフォンセルＭＣの出力信号を適宜処理して合成し、所望とする鋭い指向性を有した音声信号を生成する。
【００３７】
さてこの実施の形態の音響センサでは、上記のような音響孔３３の形成位置の設定により、その音響孔３３の形成ピッチｐｈがマイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍよりも大きくされている。こうした音響センサでは、各マイクロフォンセルＭＣの中心位置ｏに音響孔３３を形成した場合に比して、音波の入射角度に応じた各マイクロフォンセルＭＣの出力信号の位相差が大きくなる。すなわち、かかる形成位置の設定による音響孔３３の形成ピッチｐｈの拡大によっては、中心位置ｏに音響孔３３を形成したマイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍを同等に拡大した場合と実質的に同等の指向特性を得ることができる。しかもこの場合、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍは拡大せずとも良いため、マイクロフォン・アレイ領域の面積の増大を招くことはない。
【００３８】
図４は、こうした音響孔３３の形成位置の設定に伴う半導体型アレイ音響センサの指向特性の変化態様を示している。同図に示すグラフの横軸は、マイクロフォンセルＭＣの配列平面の法線方向に対する音波の入射角度θを示している。またその縦軸は、入射角度θ＝０°で一定強度の音波が入射されたときの上記音声信号処理回路の音声信号の出力強度を基準「１．０」としたときの、音声信号の出力強度のゲイン（比率）を示している。ちなみに図４（ａ）は、従来の半導体型アレイ音響センサ、すなわち各マイクロフォンセルＭＣにおいて音響孔３３がセンシング部１０の直上方に形成されている半導体型アレイ音響センサの指向特性の一例を、また、図４（ｂ）は、この実施の形態の音響センサと同じ構造を適用した半導体型アレイ音響センサの指向特性をそれぞれ示している。なおここで対比する上記２つの半導体型アレイ音響センサはいずれも、同数のマイクロフォンセルＭＣが同様に配列されており、その配列ピッチｐｍは共に等しくされている。
【００３９】
一般に、指向性の鋭さは、半値幅により評価される。この半値幅は、上記音声信号のゲインが「０．５」を超える入射角度θの幅であり、その値が小さいほど、指向性が鋭いことを示している。これら図４（ａ）および図４（ｂ）に示されるように、この実施の形態にかかる構造を適用した半導体型アレイ音響センサの音声信号出力の半値幅ｄ２は、同一面積を有する従来の半導体型アレイ音響センサの音声信号出力の半値幅ｄ１に比べ、約２５％減少している。すなわち、この実施の形態にかかる半導体型アレイ音響センサは、同一面積を有する従来の半導体型アレイ音響センサよりも、鋭い指向性を有している。また、仮にこの実施の形態にかかる構造を適用した半導体型アレイ音響センサにおいて従来と同等の指向性を得るには、すなわち従来と同じ半値幅を得るには、マイクロフォン・アレイ領域の面積を従来の約６０％に縮小させることが可能となる。このように、この実施の形態にかかる構造により、半導体型アレイ音響センサの指向性の向上とセンサ面積の縮小とを図ることができるようになる。
【００４０】
なお音響孔３３からセンシング部１０までの音波（平面波）の音路長がマイクロフォンセルＭＣ毎にばらついていれば、音波の入射角度に応じた各マイクロフォンセルＭＣの出力信号の位相差が、上記音路長のセル毎のばらつきの差によっても変化してしまうため、所望とする指向特性が得られなくなってしまう虞がある。その点、この実施の形態の音響センサでは、各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３とセンシング部１０との中心位置間の上記配列平面における距離Ｌが、いずれのマイクロフォンセルＭＣについても等しくされており、音響孔３３からセンシング部１０までの音波（平面波）の音路長をすべてのマイクロフォンセルＭＣで等しくされている。そのため、各マイクロフォンセルＭＣの出力特性の均一性を保持して、良好な指向特性が得られるようになっている。
【００４１】
また上述のようにこの実施の形態の音響センサでは、センシング部１０と音響孔３３とが上記配列平面においてオーバーラップしない位置にそれぞれ配置されている。このような配置によれば、音響孔３３を通じたセンシング部１０の各電極に対する外部からの光の照射を抑制することができる。そのため、この音響センサでは、センシング部１０への光の入射に伴う光電効果の発現に起因した電荷の発生を抑えて、ノイズの低減を図ることができるようにもなっている。
【００４２】
以上説明したように、この実施の形態にかかる音響センサによれば、以下に列記するような効果が得られるようになる。
【００４３】
（１）マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍよりも音響孔３３の形成ピッチｐｈが大きくなるように、パッケージの上壁面における音響孔３３の形成位置が該当マイクロフォンセルの配列位置に応じて変化することとした。これにより、音響孔３３の形成ピッチｐｈを大きくして各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０に入射される音波の音路差を大きくしながらも、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチｐｍを小さく留めることができるようになる。すなわち、マイクロフォンセルＭＣ、ひいては音響センサの小型化を図りつつその指向性の向上を図ることができるようになる。
【００４４】
（２）各マイクロフォンセルＭＣにおける音響孔３３とセンシング部１０との距離ＬをすべてのマイクロフォンセルＭＣについて同一とすることとした。これにより、各マイクロフォンセルＭＣにおける音響孔３３からセンシング部１０までの音路長が全て等しくなるため、各マイクロフォンセルＭＣの出力特性の均一性を好適に確保することができるようになる。
【００４５】
（３）各マイクロフォンセルＭＣにおける音響孔３３は、固定電極１１および振動電極１２からなるセンシング部１０と重ならない位置にそれぞれ形成することとした。これにより、上記音響孔３３からセンシング部１０への光の入射を抑制することができるため、センシング部１０への光照射に起因する電荷の発生が抑制されてノイズの低減が図られるようになる。
【００４６】
（４）上記センシング部１０は、半導体基板２０上に形成されて音響孔３３を通じて入射される音波により振動される振動電極１２と、その振動電極１２に対向するように半導体基板２０に固定して配置された固定電極１１とからなる対向電極を有して構成されることとした。これにより、半導体製造技術を用いて上記センシング部１０を形成することが可能となるため、低コストでばらつきの少ないマイクロフォンセルＭＣを一括で作製することができるようになる。すなわち、上記各マイクロフォンセルＭＣの感度ばらつきを小さくすることで、上記各マイクロフォンセルＭＣで検出される信号レベルのばらつきが低減されるようになり、より良好な指向特性の実現を図ることができるようになる。
【００４７】
勿論、以上のような音響センサは、そのマイクロフォンセルＭＣの配列数や配列の行数・列数を変更して実施することもできる。
【００４８】
例えば図５（ａ）は、５行および５列に配列された合計２５個のマイクロフォンセルＭＣを備える半導体型アレイ音響センサの構成例を示している。この半導体型アレイ音響センサにおいても、各マイクロフォンセルＭＣをその配列平面において５行および５列に配列された合計２５個のより細かいセルに分割したときに、配列のｍ行目およびｎ列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（ｍ，ｎ）では、上記分割における同じくｍ行目およびｎ列目のセルｍｃ（ｍ，ｎ）に音響孔３３の形成位置を設定している。例えば配列の２行目および５列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（２，５）では、上記分割における２行目および５列目のセルｍｃ（２，５）に音響孔３３が形成されることとなる。
【００４９】
一方、図５（ｂ）は、３行および３列に配列された合計９個のマイクロフォンセルＭＣを備える半導体型アレイ音響センサの一構成例を示している。この場合もやはり、各マイクロフォンセルＭＣをその配列平面において３行および３列に配列された合計９個のより細かいセルに分割したときに、配列のｍ行目およびｎ列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（ｍ，ｎ）では、その分割における同じくｍ行目およびｎ列目のセルｍｃ（ｍ，ｎ）に音響孔３３の形成位置を設定している。例えば配列の３行目および３列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（３，３）では、上記分割における３行目および３列目のセルｍｃ（３，３）に音響孔３３が形成されることとなる。
【００５０】
さらに図５（ｃ）は、１行および５列に配列された合計５個のマイクロフォンセルＭＣを備える半導体型アレイ音響センサの一構成例を示している。この場合にも、各マイクロフォンセルＭＣをその配列平面においてその配列の行方向にその列数分（５個）のより細かいセルに分割したときに、配列のｎ列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（１，ｎ）では、その分割における同じくｎ列目のセルｍｃ（１，ｎ）に音響孔３３の形成位置を設定している。例えば配列の４列目に位置するマイクロフォンセルＭＣ（１，４）では、上記分割における４列目のセルｍｃ（１，４）に音響孔３３が形成されることとなる。なお、同図に示される半導体型アレイ音響センサの構成例では、マイクロフォン・アレイ領域の対角線に沿って各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３を配置することで、音響孔３３の形成ピッチをより長く確保するようにしている。
【００５１】
以上のように配列数を変更しても、以下の設定ルール（イ）に従って各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置を決定すれば、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチよりも音響孔３３の形成ピッチを大きくして、センサを大型化することなく指向性の向上を図ることができる。
【００５２】
（イ）各マイクロフォンセルＭＣのセンシング部１０の上方を覆うパッケージの上壁面をマイクロフォンセルＭＣの配列の行方向および列方向にその行数および列数に分割したときに、同配列のｍ行目およびｎ列目に位置されるマイクロフォンセルＭＣではその分割のｍ行目およびｎ列目に位置するセルに音響孔３３を形成する。
【００５３】
もっとも、音響孔３３の形成位置が上記設定ルールを完全に遵守していなくとも、各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３の形成位置が、以下の設定ルール（ロ）に従っているのであれば、音響孔３３の形成ピッチは、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチよりも大きくされるようになる。
【００５４】
（ロ）上述のような直交座標系ｓを想定して各マイクロフォンセルＭＣにおけるパッケージの上壁面を第１〜第４象限に４分割したときに音響孔３３の形成位置の象限が、上述のような直交座標系Ｓを想定してマイクロフォン・アレイ領域を第１〜第４象限に４分割したときにそのマイクロフォンセルＭＣが位置する象限と同じとなっている。
【００５５】
もっとも、上記ルール（イ）、（ロ）に厳密に従っていなくとも、下記設定ルール（ハ
）に従うように各マイクロフォンセルＭＣの音響孔３３が形成されているのであれば、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチを拡大することなく、音響孔３３の形成ピッチのみを拡大することはできる。
【００５６】
（ハ）各マイクロフォンセルＭＣにおけるパッケージの上壁面での音響孔３３の形成位置をマイクロフォンセルＭＣの配列中心Ｏから離間する側にが偏倚させるとともに、その配列中心Ｏから離間した位置に位置されるマイクロフォンセルＭＣほどその偏倚量を大きくする。
【００５７】
いずれにせよ、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチよりも音響孔３３の形成ピッチが大きくなるように、パッケージの上壁面における音響孔３３の形成位置をそのマイクロフォンセルＭＣの配列位置に応じて変化させれば、マイクロフォンセルＭＣの配列ピッチを拡大せずに音響孔３３の形成ピッチのみを拡大可能となる。
【００５８】
なおこの発明は、上記実施の形態において例示した半導体型アレイ音響センサに限らず、音響孔を通じて音波を感知するセンシング部を備えるマイクロフォンセルを複数配列した、任意の構造を有するアレイ構造の音響センサに適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】この発明にかかる音響センサの一実施の形態についてその平面断面構造を模式的に示す平面図。
【図２】図１のＸ−Ｙ線に沿った断面構造を模式的に示す断面図。
【図３】図１の一部分を部分的に拡大して示す平面図。
【図４】（ａ）は比較対象となる従来の音響センサの一例についてその指向特性を示すグラフ。（ｂ）は上記実施の形態にかかる音響センサの指向特性を示すグラフ。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、この発明にかかる音響センサの一実施の形態の変形例について、その平面構造を模式的に示す平面図。
【図６】従来の音響センサの一例について、センシング部の断面構造を模式的に示す断面図。
【図７】従来の音響センサの一例について、センシング部の平面構造を模式的に示す平面図。
【符号の説明】
【００６０】
１０…センシング部、１１…固定電極、１２…振動電極、１３…ＩＣ回路、１４、１５、１６…配線、１７…音響ホール、１８…固定部、１８ａ…支持部、１９…間隙層、２０…半導体基板、２１…貫通孔、３０…カバー、３１…上部壁、３２…分離壁、３３…音響孔、３４…遮光膜、４１、４２…電極パッド、ＭＣ…マイクロフォンセル、ＢＤ…ボンディングパッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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